(57)【要約】【課題】  蓄電装置の電力容量が低下していても、旋回電気モータを修正されたトルク電流で動作させる。【解決手段】  エンジン（２）に接続された発電機（６）が交流電力を発生する。この交流電力が供給されるコンバータ（１４）と、コンバータ（１４）に接続されたインバータ（１６）とがインダイレクトマトリクスコンバータ（１２）を構成し、チョッパ（１８）を介してコンバータ（１４）とインバータ（１６）との中間点に蓄電装置（２０）が設けられている。三相電動機（１０）の速度指令がレバー（２４）によって制御装置（２２）に与えられ、圧力センサ（２４）によってトルク電流指令が制御装置（２２）に与えられる。制御装置（２２）は、蓄電装置（２０）の電圧に基づいてその電力容量を検出し、蓄電装置（２２）の電力容量が低下して、通常トルクを三相電動機（１０）が出力不能のとき三相電動機（１０）のトルク電流指令値を修正し、減少させる。
2011078125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに接続され、交流電力を発生する発電機と、
この発電機に接続された第１電力変換器と、
第１電力変換器に接続され、旋回電気モータへの電力を制御する第２電力変換器と、
蓄電装置と、
第１及び第２電力変換器の双方から前記蓄電装置を充放電可能な第３電力変換器と、
前記旋回電気モータの回転速度指令とトルク電流指令値入力を有する電気モータ制御装置とを、
有するハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の電力容量を表す信号を生成する検出手段を、備え、前記蓄電装置の電力容量が低下して、通常トルクを前記電気モータが出力不能であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記旋回電気モータのトルク電流指令値を修正し、減少させる手段を備えるハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記蓄電装置の電圧が運転可能電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記蓄電装置からの放電を禁止するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記蓄電装置の電圧が運転可能電圧より大きく、設定放電深度電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記蓄電装置からの放電を制限するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記旋回電気モータが旋回機構を駆動し、前記旋回機構の駆動後、前記旋回機構の加速度が所定加速度以下または前記旋回機構の速度が所定速度以上に達したとき、前記蓄電装置からの放電を禁止するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、レバー操作が微速域のとき、前記蓄電装置の電圧が前記設定放電深度電圧以下であると、前記蓄電装置からの放電を禁止するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれか記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、エンジン回転数上昇要求を、前記エンジンの制御装置または案内装置に出力するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項７】
エンジンに接続され、交流電力を発生する発電機と、
この発電機に接続された第１電力変換器と、
第１電力変換器に接続され、旋回電気モータの電力を制御する第２電力変換器と、
蓄電装置と、
第１及び第２電力変換器の双方から前記蓄電装置を充放電可能な第３電力変換器と、
前記旋回電気モータの回転速度指令とトルク電流指令値入力を有する電気モータ制御装置とを、
有するハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の電力容量を表す信号を生成する検出手段を、備え、前記蓄電装置の電圧が、設定充電電圧以上であることを前記検出手段が検出しているとき、前記発電機からの充電を停止または制限するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項８】
請求項７記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記蓄電装置の電圧が前記設定充電電圧以上であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記蓄電装置から前記発電機に電力を供給して、前記エンジンの回転をアシストするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項９】
請求項７記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記蓄電装置の電圧が前記設定充電電圧以上であることを前記検出手段の信号が表しているときに、前記蓄電装置からの電力を、前記発電機からの電力よりも優先して、前記旋回電気モータに供給するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項１０】
請求項７記載のハイブリッド式建設機械において、前記蓄電装置の電圧が前記設定充電電圧以上であることを前記検出信号の信号が表しているときに、前記旋回電気モータからの回生電力を前記発電機に供給するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項１１】
エンジンに接続され、交流電力を発生する発電機と、
この発電機に接続された第１電力変換器と、
第１電力変換器に接続され、旋回電気モータへの電力を制御する第２電力変換器と、
蓄電装置と、
第１及び第２電力変換器の双方から前記蓄電装置を充放電可能な第３電力変換器と、
前記旋回電気モータの回転速度指令とトルク電流指令値入力を有する電気モータ制御装置とを、
有するハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の電力容量を表す信号を生成する検出手段を、備え、前記蓄電装置の電力容量が低下したことを前記検出手段の信号が表しているとき、前記旋回電気モータのトルク電流指令値及び前記回転速度指令の少なくとも一方を修正し、減少させる手段を備えるハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記蓄電装置の電圧が運転可能電圧より大きく、設定放電深度電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記エンジンに、エンジン回転数上昇要求を、供給するハイブリッド式建設機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械の制御装置に関し、特に、制御装置が備える蓄電装置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド式建設機械の制御装置としては、例えば、特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１の技術では、発電機とバッテリとによって電動アクチュエータに動力を供給する。バッテリの最大充電電力（バッテリの充電状態を検出して得た充電する必要のある最大値）と、最大放電電力と、発電機の下限発電電力と発電機の上限発電電力とが設定される。これらの設定値を利用してバッテリと発電機との動力配分を行う。例えば、バッテリの最大充電電力が電動アクチュエータの要求電力よりも大きい場合には、バッテリを最大充電電力まで充電し、電動アクチュエータを作動させない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２５３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術によれば、バッテリが充電を必要する場合には、全く電動アクチュエータを動作させることはできない。そのとき、ハイブリッド建設機械の運転者が電動アクチュエータを動作させようとしていても全く動作させることができない。【０００５】
本発明は、蓄電装置の電力容量が低下していても、電動アクチュエータを動作させることができるハイブリッド式建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のハイブリッド式建設機械の制御装置は、エンジンに接続され、交流電力を発生する発電機を有している。この発電機に接続された第１電力変換器と、第１電力変換器に接続され、旋回電気モータへの電力を制御する第２電力変換器とが設けられている。第１及び第２電力変換器は、例えば交流−直流変換をするコンバータと、直流−交流変換をするインバータとすることもできるし、第１及び第２電力変換器が共同して、交流−交流変換を直接に行うインダイレクトマトリクスコンバータとすることもできる。第１及び第２電力変換器の双方から第３電力変換器を介して蓄電装置が充放電可能に設けられている。蓄電装置としては、コンデンサを使用することもでき、具体的には、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）の他、ハイブリッド・キャパシタ、例えば、Ｌｉ（リチウム）イオン・キャパシタなどを用いることもできる。第３電力変換器としては、例えばチョッパを使用することができ、第２電力変換器を介して蓄電器装置から電力を旋回電気モータに供給することもできるし、第１電力変換器を介して発電機に蓄電装置から電力を回生することもできる。前記旋回電気モータの回転速度指令とトルク電流指令値入力を有する電気モータ制御装置も、設けられている。前記蓄電装置の電力容量を表す信号を検出手段が生成する。検出手段としては、蓄電装置の電圧を検出し、これに基づいて電力容量を表すこともできるし、蓄電装置の電流を検出し、これに基づいて電力容量を表すこともできるし、或いは、蓄電装置の電圧と電流とを検出し、両者から電力容量を表すこともできる。前記蓄電装置の電力容量が低下していることを例えば検出手段が検出しており、その結果、通常トルクを前記電気モータが出力不能のとき、前記旋回電気モータのトルク電流指令値を修正し、減少させる手段が設けられている。【０００７】
このように構成すると、蓄電装置の電力容量が低下して、トルク電流指令値に基づくトルクを出力することができない状況でも、少なくとも運転者の意図した位置へ旋回移動させることができる。しかも、トルク電流指令値に基づくトルクを出力していないので、蓄電装置の電力容量に基づいて、次の旋回動作に備えることができる。また、蓄電装置が過渡に放電された後に、蓄電装置を充電することが防止できるので、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。【０００８】
前記蓄電装置の電圧が、蓄電装置の運転可能電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記蓄電装置からの放電を禁止することができる。このように構成すると、運転可能電圧以下の電圧では、蓄電装置からの放電が禁止されるので、蓄電装置の過度な充放電を制限することができ、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。【０００９】
前記蓄電装置の電圧が運転可能電圧より大きく、設定放電深度電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記蓄電装置からの放電を制限することもできる。このように構成すると、運転者に旋回電気モータの回転が緩慢であるとの印象を与えることなく、作業効率の低下を抑制できる。また、蓄電装置の放電を制限することにより、過度な充放電を制限し、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。【００１０】
前記旋回電気モータが旋回機構を駆動し、前記旋回機構の駆動後、前記旋回機構の加速度が所定加速度以下または前記旋回機構の速度が所定速度以上に達したとき、前記蓄電装置からの放電を禁止することもできる。このように構成すると、旋回起動時の加速度低下を抑制できるので、運転者に旋回が緩慢な印象を与えることなく、作業効率の低下を抑制できる。また、蓄電装置の過渡の充放電を制限し、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。【００１１】
レバー操作が微速域のとき、前記蓄電装置の電圧が前記設定放電深度電圧以下であることを前記検出手段の信号が表していると、蓄電装置から放電を禁止することもできる。このように構成すると、微速域で蓄電装置からの放電を禁止しているので、蓄電装置の過度な充放電を制限し、寿命を延ばすことができる。【００１２】
エンジン回転数上昇要求を、前記エンジンの制御装置または案内装置に出力することもできる。このように構成すると、第１電力変換器によって変換される電力を増加させることができ、旋回電気モータ以外のアクチュエータの動作低下を招くことなく、蓄電装置での蓄電量を補うことができる。【００１３】
本発明の他の態様のハイブリッド式建設機械の制御装置は、上記態様のハイブリッド式建設機械の制御装置と同様に、発電機と、第１乃至第３の電力変換器と、蓄電装置と、旋回電気モータ制御部と、検出手段とを、備えている。更に、蓄電装置の電圧が、設定充電電圧以上であることを検出手段の信号が表しているとき、発電機からの充電を停止または制限する。このように構成すると、蓄電装置がフル充電付近まで充電されることを防止できる。その結果、フル充電と設定充電電圧に対応する目標充電容量との間で、回生電力を蓄電装置に充電することができ、充電効率が低下することを防止できる。【００１４】
この態様において、前記蓄電装置の電圧が前記設定充電電圧以上のとき、前記蓄電装置から前記発電機に電力を供給して、前記エンジンの回転をアシストすることもできる。或いは、前記蓄電装置の電圧が前記設定充電電圧以上であることを検出手段の信号が表しているときに、前記蓄電装置からの電力を、前記発電機からの電力よりも優先して、前記旋回電気モータに供給することもできるし、或いは、前記旋回電気モータからの回生電力を前記発電機に供給するように構成することもできる。これらのように構成した場合にも、さらに充電効率が低下することを抑止できる。【００１５】
本発明の別の態様のハイブリッド式建設機械の制御装置は、記態様のハイブリッド式建設機械の制御装置と同様に、発電機と、第１乃至第３の電力変換器と、蓄電装置と、旋回電気モータ制御部と、検出手段とを、備えている。さらに、この制御装置は、蓄電装置の電力容量が低下したことを前記検出手段の信号が表しているとき、前記旋回電気モータのトルク電流指令値及び前記回転速度指令の少なくとも一方を修正し、減少させる手段を備えている。このように構成すると、蓄電装置の電力容量が低下して、トルク電流指令値や回転速度指令に基づくトルクや回転速度を出力することができない状況でも、少なくとも運転者の意図した位置へ旋回移動させることができる。しかも、蓄電装置からの放電を低減させているので、蓄電装置の電力容量に基づいて、次の旋回動作に備えることができる。【００１６】
また、前記蓄電装置の電圧が運転可能電圧より大きく、設定放電深度電圧以下であることを前記検出手段の信号が表しているとき、前記エンジンに、エンジン回転数上昇要求を、供給することもできる。このように構成すると、このように構成すると、第１電力変換器によって変換される電力を増加させることができ、旋回電気モータ以外のアクチュエータの動作低下を招くことなく、蓄電装置での蓄電量を補うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、蓄電装置の電力容量が低下していても、旋回電気モータを修正されたトルク電流で動作させることができ、運転者の意図した位置に旋回電気モータを回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態のハイブリッド式建設機械の制御装置のブロック図である。
【図２】図１の制御装置での処理を示すフローチャートである。
【図３】図１の制御装置に使用している蓄電装置での充電状態を示す図である。
【図４】図１の制御装置における処理の他の例のフローチャートである。
【図５】図１の制御装置における処理の別の例のフローチャートである
【図６】本発明の第２実施形態の制御装置の処理のフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態における蓄電装置の電圧の積分の説明図である。
【図８ａ】本発明の第２実施形態における通常状態での三相電動機の角速度の変化を示す図である。
【図８ｂ】本発明の第２実施形態における充電電圧の低下時での三相電動機の角速度変化の第１の例を示す図である。
【図８ｃ】本発明の第２実施形態における充電電圧の低下時での三相電動機の角速度変化の第２の例を示す図である。
【図８ｄ】本発明の第２実施形態における充電電圧の低下時での三相電動機の角速度変化の第３の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１実施形態のハイブリッド式建設機械の制御装置は、図１に示すように、エンジン２を有している。このエンジン２は、油圧ポンプ４及び発電機６を駆動する。この油圧ポンプ４は、ハイブリッド建設機械の複数のアクチュエータ５、例えばアームシリンダ、ブームシリンダ、バケットシリンダ、走行油圧モータ（Ｌ）及び走行油圧モータ（Ｒ）の駆動源として機能する。
【００２０】
アームシリンダはアームを駆動する。ブームシリンダがブームを駆動する。バケットシリンダがバケットを駆動する。アーム、ブーム及びバケットは、ハイブリッド式建設機械の上部旋回体７に取り付けられている。この上部旋回体７は走行体（図示せず）に旋回可能に設けられている。走行体は左右のクローラを備え、これらクローラを走行油圧モータ（Ｌ）及び走行油圧モータ（Ｒ）が駆動する。
【００２１】
上部旋回体７を旋回させるために、上部旋回体７に旋回機構８を介して電気旋回モータ、例えば三相電動機１０が結合されている。三相電動機１０を回転させる電力を得るために、エンジン２に上述した発電機６が結合されている。発電機６は、例えば三相交流電力を発生する三相交流発電機である。発電機６は、三相電動機としても動作可能である。三相電動機として動作する場合には、発電機６は、エンジン２と共に油圧ポンプ４の駆動をアシストする。同様に、三相電動機１０も発電機として動作可能である。
【００２２】
発電機６が発生した電力は、インダイレクトマトリクスコンバータ１２に供給され、インダイレクトマトリクスコンバータ１２によって周波数及び電圧が変換されて、三相電動機１０に供給される。インダイレクトマトリクスコンバータ１２は、第１の電力変換器、例えばコンバータ１４と、第２の電力変換器、例えばインバータ１６とを有している。コンバータ１４は、その出力側である中間直流出力端に、中間直流電圧を生成する。インバータ３２は、中間直流電圧を入力し、所望の周波数の交流電圧に変換して、三相電動機１０に供給する。インダイレクトマトリクスコンバータ１２は、三相交流電力を、コンバータ１４及びインバータ１６によって直接に所望の交流電力に変換している。即ち、コンバータと平滑用キャパシタとで交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をインバータで所望の交流電力に変換する手法を採用していない。従って、インダイレクトマトリクスコンバータ１２では中間直流端に平滑用の大容量のキャパシタを設ける必要がない。よって、インダイレクトマトリクスコンバータ１２を小型化することができ、インダイレクトマトリクスコンバータ１２を使用したハイブリッド建設機械も、小型することができる。インダイレクトマトリクスコンバータ１２の構成は、公知であるので、これ以上の説明は省略する。
【００２３】
中間直流出力端には、第３電力変換器、例えばチョッパ１８を介して蓄電装置２０、例えばＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）やＬｉｃ（リチウムイオンキャパシタ）が接続されている。蓄電装置２０は、インダイレクトマトリクスコンバータ１２のコンバータ１４及びチョッパ１８を介して発電機６の発電電力によって充電可能である。また、チョッパ１８及びインダイレクトマトリクスコンバータ１２のインバータ１６を介して蓄電装置２０の充電電力は、三相電動機１０に供給可能である。この供給は、蓄電装置２０単独で行うこともできるし、コンバータ１４を介しての発電機６の発電電力の供給と共に行うことも可能である。また、蓄電装置２０の充電電力は、チョッパ１８、コンバータ１４を介して発電機６に供給することも可能である。また、三相電動機１０によって発生する回生電力は、インバータ１６及びコンバータ１４を介して発電機６に供給することも可能であるし、三相電動機１０によって発生する回生電力はチョッパ１８を介して蓄電装置２０を充電することも可能である。
【００２４】
これらコンバータ１４、インバータ１６及びチョッパ１８は、電気モータ制御装置、例えば制御装置２２によって制御され、三相電動機１０に所望の周波数及び所望の電圧を持つ交流電力を供給する。この制御に使用するために、制御装置２２には、三相電動機１０の速度指令部、例えばレバー２２と、三相電動機１０の負荷の状態を検出する圧力センサ２４と、旋回機構８の旋回速度を検出する速度検出器２５とが設けられている。制御装置２２は、圧力センサ２４によって検出された負荷の圧力に基づいて三相電動機１０に発生させるトルクを決定する。制御装置２２での制御に使用するために、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが制御装置２２に供給されている。この電圧Ｖｃに基づいて制御装置２２は蓄電装置２０の充電状態を測定する。この測定値に基づいて、制御装置２２は蓄電装置２０の充放電を制御する。更に、制御装置２２には表示手段、例えば案内装置２６が接続されている。案内装置２６は、例えば測定された蓄電装置２０の充電状態及びエンジン２の回転数等を表示したり、音声出力したりする。
【００２５】
蓄電装置２０には、図２に示すように、最大充電電圧Ｖｍａｘと、設定電圧、例えば設定充電電圧Ｖｃｏと、設定放電深度電圧、例えば設定放電深度電圧Ｖｄと、運転可能電圧、例えば低速運転可能電圧Ｖｏとが予め定められている。これらは、制御装置２２の記憶手段２２ａに記憶されている。最大充電電圧Ｖｍａｘは、蓄電装置２０の仕様によって定められた充電可能な最大電圧である。設定充電電圧Ｖｃｏは、この電圧まで充電されると、充電を中止すると予め定められた蓄電装置２０の電圧で、最大充電電圧Ｖｍａｘよりも小さい電圧である。設定放電深度電圧Ｖｄは、蓄電装置２０が充放電を繰り返し行われる状況下で蓄電装置２０の特性や耐久性から推奨される蓄電装置２０に充電を開始すべき電圧であり、設定充電電圧Ｖｃｏよりも小さい電圧である。蓄電装置２０の電圧が設定放電深度電圧Ｖｄとなると、蓄電装置２０はこれ以上に電圧が低下しないように充電することが望ましく、設定充電電圧Ｖｃｏになると充電を停止することが望ましい。低速運転可能電圧Ｖｏは、この電圧以下の電圧では、三相電動機１０を旋回させることが不可能な電圧である。
【００２６】
制御装置２２は、図３に示すように、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが０より大きく低速可能電圧Ｖｏ以下であるか判断する（ステップＳ２）。この判断の答えがイエスの場合、放電禁止と決定し（ステップＳ４）、制御装置２２は、この処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ２の判断の答えがノーの場合、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが低速運転可能電圧Ｖｏより大きく、設定放電深度電圧Ｖｄ以下であるか制御装置２２が判断する（ステップＳ６）。この判断の答えがイエスの場合、制限放電と決定し（ステップＳ８）、この処理を終了する。
【００２８】
ステップＳ６の判断の答えがノーの場合、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが、設定放電深度電圧Ｖｄより大きくて、設定充電電圧Ｖｃｏ以下であるか制御装置２２が判断する（ステップＳ１０）。この判断の答えがイエスの場合、制御装置２２は、通常放電と決定し（ステップＳ１２）、この処理を終了する。
【００２９】
ステップＳ１０の判断の答えがノーの場合、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが、設定充電電圧Ｖｃｏより大きくて、最大充電電圧Ｖｍａｘ以下であるか制御装置２２が判断する（ステップＳ１４）。この判断の答えがイエスの場合、制御装置２２は優先放電と決定し（ステップＳ１６）、この処理を終了する。
【００３０】
ステップＳ１４の判断の答えがノーの場合、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが最大充電電圧Ｖｍａｘ以上であるか制御装置２２が判断し（ステップＳ１８）、その答えがイエスの場合、充電不可フラグをオンとし（ステップＳ２０）、この処理を終了する。ステップＳ１８の判断の答えがノーの場合、検出エラーであるので、制御装置２２はエラー処理を行い（ステップＳ２２）、ステップＳ２から再び実行する。
【００３１】
制御装置２２は、上述した蓄電装置２０の電圧の判定に基づいて、蓄電装置２０からの放電可能な電力を決定する。即ち、放電禁止と決定された場合には、制御装置２２は蓄電装置２０からの放電を完全に禁止する。この場合、発電機６の発電電力のみで、三相電動機１０を回転させることになる。しかし、超低速ではあるが、旋回機構８による上部旋回体の旋回が実行されるので、運転者の意図した位置への上部旋回体の旋回を行うことができる。また、蓄電装置２０からの放電を制限しているので、蓄電装置２０が完全に放電されることを防止でき、運転者が次に上部旋回体を旋回させようとした場合にも、超低加速であるが、旋回させることができる。また、蓄電装置２０が完全に放電されることを防止できるので、蓄電装置２０が完全に放電された状態からフル充電の状態まで充電されることが繰り返されることがなく、蓄電装置２０の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
制限放電と決定された場合、制御装置２２は、蓄電装置２０からの放電を制限する。この場合、三相電動機１０は通常トルクを出すことができず、圧力センサ２４の検出値に基づいて決定されたトルク指令値よりも少ないトルク指令値による低加速で上部旋回体が回転する。低加速での上部旋回体の旋回であれば、運転者に緩慢な旋回であるとの印象を与えることなく、作業効率の低下を抑制できる。また、蓄電装置２０が完全に放電されることを防止できるので、上述したように蓄電装置２０の寿命を延ばすことができる。
【００３３】
通常放電と決定された場合、制御装置２２は蓄電装置２０から通常の放電を行う。この場合、三相電動機１０は、圧力センサ２４の検出値に基づいて決定されたトルク指令値による加速で上部旋回体を回転させる。
【００３４】
優先放電と決定された場合、制御装置２２は、発電機６の電力よりも優先して蓄電装置２０の電力を積極的に使用して、三相電動機１０を駆動する。これによって、三相電動機１０は通常の加速が可能となり、上部旋回体も通常の加速で旋回する。また、優先放電と決定されると、発電機６からの電力による蓄電装置２０の充電は制御装置２２によって停止または制限される。これによって、蓄電装置２０の電圧が最大充電電圧Ｖｍａｘ付近になるまで充電されることを防止できる。
【００３５】
なお、充電不可フラグがオンとされた場合、蓄電装置２０は過電圧であるので、蓄電装置２０に対する充電は行われない以外、優先放電の場合と同様に処理が行われる。
【００３６】
また、レバー２２の操作に応じて、三相電動機１０が起動されて旋回機構８が旋回している状態において、レバー２２が更に操作されて、旋回機構８の加速度が予め定めた加速度以下または旋回機構８の速度が所定速度以上に達したとき、蓄電装置２０からの放電を制御装置２２が禁止する。これによって、起動後に、旋回機構８の加速度が予め定めた加速度以下になったときや、旋回機構８の速度が所定速度以上になったときには、三相電動機１０への電力は発電機６によって供給される。この場合、例えば図４に示すような処理が制御装置２２によって行われる。レバー２２の操作によって旋回機構８が旋回しているか制御装置２２が判断する（ステップＳ２４）。旋回機構８が旋回しているか否かは速度検出器２５によって速度信号が出力されているか否かを判断することによって行える。この判断の答えがイエスの場合、旋回機構の加速度が予め定めた加速度以下または速度が所定速度以上か制御装置２２が判断する（ステップＳ２６）。加速度は、速度検出器２５の速度信号を微分することによって算出することができる。ステップＳ２６の判断の答えがイエスの場合、制御装置２２が放電を禁止し（ステップＳ２８）、この処理を終了する。ステップＳ２４またはステップＳ２６の判断の答えがノーの場合も、この処理を終了する。このように制御することによって、蓄電装置２０の放電が抑えられるので、旋回起動時に蓄電装置２０の電力を用いる場合に蓄電装置２０が充分に電力を有している。従って、加速度低下を抑制でき、運転者に旋回が緩慢な印象を与えることがなく、作業効率の低下を抑制できる。また、蓄電装置の過渡の充放電を制限し、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
また、レバー２２が、旋回機構８をわずかな速度で旋回させるように予め定めた微速域に操作されているとき、蓄電装置２０の電圧が設定放電深度電圧Ｖｄ以下であると、通常では制限放電であるが、蓄電装置２０からの放電を制御装置２２が禁止する。この場合、図５に示すような処理が制御装置２２によって行われる。旋回機構の速度が微速域であるか制御装置２２が判断する（ステップＳ３０）。この判断の答えがイエスの場合、蓄電装置２０の電圧ＶｃがＶｄ以下であるか制御装置２２が判断する（ステップＳ３２）。この判断の答えがイエスの場合、制御装置２２が蓄電装置２０の放電を禁止し（ステップＳ３４）、この処理を終了する、ステップＳ３０、Ｓ３２の判断の答えがノーの場合も、この処理は終了する。この処理が行われることによって、蓄電装置２０の過度な充放電を制限できる。
【００３８】
エンジン２は、エンジンコントローラ３０によって予め定めた一定の回転数で回転するように制御されている。しかし、上述したように蓄電装置２０からの放電を制限したり、禁止したりしている状態では、制御装置２２は、図１に示すようにエンジン２の回転数上昇要求を、エンジンコントローラ３０に出力する。エンジンコントローラ３０と制御装置２２は一体に形成してもよい。或いは、エンジン２の回転数の制御が図示していないエンジン回転数操作レバーの操作によって行われる場合には、案内装置２４に回転数の上昇要求を出力する。エンジン２の回転数を上昇させることによって、コンバータ１４が変換する電力を増加させることができ、三相電動機１０以外のアクチュエータへの電力が増加し、三相電動機１０以外のアクチュエータの動作低下を招くことがなく、蓄電装置２０での蓄電量を補うことができる。
【００３９】
本発明の第２の実施形態のハイブリッド式建設機械の制御装置は、第１の実施形態のハイブリッド式県政付き解の制御装置と同一の構成であり、制御装置２０が行う制御が第１の実施形態の制御装置２２と異なる。
【００４０】
制御装置２２は、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが負とならないように発電機６、三相電動機１０を制御する。その制御のため、図６に示すように蓄電装置２０の電圧Ｖｃの積分が制御装置２２によって行われる（ステップＳ３６）。この積分は、上部旋回体が１回旋回するごとにその旋回期間中、または予め定めた複数回にわたって旋回するごとにその期間中、行われる。図７に示すように、或る期間中に得られた積分電圧をＶｎ、その前回の期間中に得られた積分電圧をＶｎ−１とすると、積分電圧Ｖｎが積分電圧Ｖｎ−１以上であるかの判断が制御装置２２によって行われる（ステップＳ３８）。即ち、蓄電装置２０の電圧が上昇しているか判断される。この判断の答えがノーの場合、蓄電装置２０の容量が低下しているので、制御装置２２は、案内装置２６に、蓄電装置２０の容量が低下しており、トルク制限を行うことを表示または音声出力させる（ステップＳ４０）。
【００４１】
次に、制御装置２２は、制限放電を行う（ステップＳ４２）。具体的には、図８ｂ、図８ｃ、図８ｄのうちいずれかの制御を行う。例えば蓄電装置２０の電圧が一定または増加傾向にあるような場合、レバー２２の操作によって図８ａに示すように三相電動機１０の角速度ωを変化させるように回転速度指令を出力する場合、図８ｂに示すように角速度の立ち上がりを時間ｔだけ遅らせる。或いは、低減率をレバー２２の出力に乗算して図８ｃに示すように、角速度ωを全体的に小さくする。或いは、図８ｄに示すように角速度ωの立ち上がりの傾斜を緩やかにする。これら図８ｂ乃至図８ｄのいずれかを採用することによって蓄電装置２０からの放電量を制限することができる。なお、図８ｂ乃至図８ｄのうちいずれを採用するかは、制御装置２２に予め設定されている。
【００４２】
更に、トルク制限として、三相電動機１０による上部旋回体の制御に使用する積分時間を予め定めた値Ａとする（ステップＳ４４）。即ち、上部旋回体の制御にはＰＩＤ制御を使用しているが、そのＰＩＤ制御に使用している積分時間を、通常に使用する積分時間Ｂよりも大きく設定する。これによって、積分による制御が三相電動機１０に現れるまでの時間を長くすることができ、蓄電装置２０からの放電量を減少させることができる。
【００４３】
また、ステップＳ２６の判断の答えがイエスの場合、即ち、蓄電装置２０の電圧が上昇している場合、制限放電の解除を行う（ステップＳ４８）。その結果、図８ｂ乃至図８ｄに示したような制御はいずれも行われない。次に、ＰＩＤ制御の積分時間を、通常の積分時間Ｂ（Ｂ＜Ａ）に設定する（ステップＳ５０）。
【００４４】
そして、ステップＳ４４またはステップＳ５０に続いて、蓄電装置２０の電圧Ｖｃが、第１の実施形態で述べた低速運転可能電圧Ｖｏより大きく、設定放電深度電圧Ｖｄ以下か制御装置２２が判断する（ステップＳ５２）。この判断がイエスの場合、エンジン２のアイドリングの値（エンジン２の回転数）をＹと通常のアイドリングの値Ｘよりも大きくするようにエンジンコントローラ３０に指令を与える（ステップＳ５４）。これによって、蓄電装置２０の充電が促進される。また、ステップＳ３８の判断の答えがノーの場合、エンジン２のアイドリングの値を通常のＸとするようにエンジンコントローラ３０に指令を与える（ステップＳ５６）。
【００４５】
ステップＳ５４またはステップＳ５６に続いて、再びステップＳ３６を実行することもできるし、第１の実施形態のステップＳ１０以降を実行するように構成することもできる。また、第１の実施形態のステップＳ２を実行した後に、ステップＳ３６を実行するように構成することもできる。
【００４６】
上記の第１の実施形態では、優先放電と決定された場合、回生電力を蓄電装置２０に充電するように構成したが、これに加えて、或いはこれに替えて、蓄電装置２０からチョッパ１８及びコンバータ１４を介して発電機６に電力を供給して、発電機６を電動機として運転させ、エンジン２の回転をアシストすることもできる。或いは、優先放電と決定された場合、蓄電装置２０からの電力を、発電機６からの電力よりも優先して、チョッパ１８及びインバータ１６を介して三相電動機１０に供給することもできる。或いは、優先放電と決定された場合、蓄電装置２０に三相電動機１０からの回生電力を充電せずに、三相電動機１０からの回生電力を発電機６にインバータ１６、コンバータ１４を介して供給するように構成することもできる。
【００４７】
上記の第１及び第２実施形態では、コンバータ１４とインバータ１６とによってインダイレクトマトリックスコンバータ１２を構成したが、これに限ったものではなく、コンバータで発電機６からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置２０に直流電力を蓄積し、この直流電力をインバータによって所望の周波数及び電圧の交流電力に変換することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【国際調査報告】
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